专利名称：用于注塑塑料部件的方法
技术领域：
本发明涉及根据气体注塑成型方法(gas injection molding method)制造塑料部件的方法，其中模塑工具关闭从而在模塑工具内部形成腔室，塑料熔体被注入腔室内并且接着压缩气体被注入腔室。
背景技术：
在用于制造塑料部件的注塑法中，模塑料被液化并且作为熔体被注入模塑工具。 模塑工具的腔室确定了将被制造的塑料部件的形状和表面结构。气体注塑成型方法或气体注塑是注塑的可选方案，其中模塑料填充模塑工具的腔室并且接着在至多350巴的高压下通过气体注入器将压缩气体注入熔体。压缩气体替代熔体，藉此在塑料部件内可特定地制造出中空空间。整个过程在至多400°C的高温下(这取决于将要加工塑料的类型)和高压下进行。 在这些极端条件下，氛围中的氧气可与塑料熔体的成分起反应，从而可导致有害的氧化反应，造成气体注入器的污染、不稳定加工、次品量增加、停机和质量降低。为此，即使在模塑工具中的极端条件下也不与塑料熔体起反应的惰性气体(通常为氮气)被用作压缩气体。迄今为止，很少有人注意到这个事实随着塑料熔体的注入，腔室内仍然存在空气。人们以为在熔体的注入期间存在于腔室内的空气被替代了。但是很明显，存在于腔室内的空气并没有从模塑工具被完全替代，而是被压入例如气体注入器、腔室内的钻孔或盲孔内，并且取决于模塑工具的密度留在那里。随着接下来压缩气体被注入塑料熔体从而模塑中空空间，在压缩惰性气体进入熔体之前这些空气首先被压入熔体中。空气中含有的氧气与塑料成分或添加至塑料的添加剂起反应，其中形成氧化产物，污染气体注入器和其它系统组件如管子和阀。此外，氧化产物对形成的塑料部件的表面质量也有不良影响。在多种测试中，可以证实留在腔室内的空气的不良影响。
发明内容
因此本发明的目的在于展示尽可能避免上述有害反应的制造塑料部件的方法。本发明的另一目的在于提供方法，其中可以借助气体注塑成型方法制造高质量的模制塑料部件。本发明的另一目的在于避免工具部件特别是气体注入器的污染或堵塞。通过根据气体注塑成型方法制造塑料部件的方法解决上述一个或多个目标，其中关闭模塑工具从而在模塑工具内部形成腔室，塑料熔体被注入腔室内并且接着压缩气体被注入腔室，其特征在于在注入熔体之前冲洗气体被导入腔室。优选实施例在从属权利要求中说明。在根据本发明的方法中，在熔体被注入腔室之前冲洗气体被导入腔室内；特别地，腔室被冲洗气体所冲洗。根据本发明通过将冲洗气体引入腔室，存在于腔室内的空气至少部分被替代并且被冲洗气体所取代。接着熔体被注入腔室并被模塑。术语“熔体”包括任何类型的模塑料，其具有适宜粘度从而在腔室内被模塑为所需的塑料部件。术语“腔室”特指模塑工具或注塑成型工具内的中空空间，其确定或至少共同确定将被制造的塑料部件的外形。腔室代表将被制造的塑料部件或一部分所需塑料部件的阴模。一般地，腔室密闭到没有熔体从腔室逸出的程度。相反，腔室不必然被设计为气密性的。 注入的冲洗气体可从腔室逸出，特别是通过供应管线或排出管线、间隙或其它裂缝逸出。术语“工具”和“模塑工具”在本申请的上下文中是同义词，其特征在于包括腔室并且适于制造塑料部件的注塑成型工具。一般地，工具用于制造大量塑料部件。塑料在高压下被注入工具，塑料部件冷却且一定时间后从工具中取出。术语“冲洗”指的是冲洗气体被供应、注入或以其它添加方式进入腔室，从而至少部分地替代腔室内存在的空气，并且从而减少腔室内的氧气含量。一般地，注塑成型工具包括可彼此分离地移动或相对彼此移动从而分别打开和关闭工具或腔室的两个或多个工具部件。在根据本发明的方法中，工具起初被关闭，这样在工具内形成腔室。然后用冲洗气体冲洗腔室。起初存在于腔室内的空气藉此被压出腔室，并且通过熔体通过其被供给的开口、通过各个工具部件之间可能的间隙或裂缝、或通过腔室与外界的其它连接逸出。通过冲洗腔室，腔室内氛围的氧气含量降低并且腔室被惰性化或至少部分惰性化。因此氧气体积含量优选被降至小于10%，更优选小于1 %，最优选小于0. 1 %。随着塑料熔体被注入腔室，腔室内更多氛围被替代。但是如上所述，空气可仍然留在孔、钻孔或狭窄凹陷内并且接着可导致不需要的氧化反应。已经证实，特别是在腔室包括窄或深的钻孔或间隙的情形下，需要将冲洗气体直接引入上述凹陷、孔和钻孔内。这种情形下，通常不是必须使整个腔室惰性化。通过用冲洗气体取代腔室内的空气，腔室内氛围的氧化成分减少，因此它们不再与塑料成分起反应。这就减少或避免了分别与塑料或添加剂发生氧化反应。这就使工具的污染较少。最终可缩短清洁时间。减少了工具的维护和清洁工作并且提高了生产率。可进一步制造具有高表面质量的高质量模塑塑料部件。加工的进行更为稳定，从而减少了次品量。本发明适于所有注塑成型工艺，但特别优选用于气体注塑成型方法。在这种方法中，在熔体注入腔室后压缩气体被注入模具，从而将熔体压靠至腔室壁上且在内部形成中空空间。压缩气体通过连接于腔室的一个或多个气体注入器在高压下被注入熔体。与推进剂气体被添加至熔体且在其内溶解且随后熔体与推进剂一起被注入腔室中的发泡法相反， 气体注塑成型方法的气体添加(即压缩气体添加)仅发生在熔体已被注入腔室内之后。熔体和压缩气体在腔室内首次互相接触。迄今为止，一种观点认为腔室内的空气随着熔体的注入从腔室被替代。但是在常见方法中很明显，部分空气被注入的熔体移动到气体注入器的连接点中压靠腔室。随着压缩气体的注入，这些空气然后被再次压回熔体内并且导致所述不良氧化反应。空气也通过根据本发明的冲洗从气体注入器的连接点被冲洗并且被冲洗气体所取代。在该冲洗过程结束后，塑料被注入腔室，并且因此进行正常的气体注塑。这就意味着冲洗气体供应、熔体注入和压缩气体注入这些步骤相继地并且不同时地，甚至不部分同时地进行。本发明适用于吹塑法，其中腔室仅部分地填充熔体并且接着借助压缩气体而压靠工具壁从而得到中空体，以及适用于辅助腔室法。在后一方法中，起初腔室完全被熔体填充。在第二步骤中，部分熔体被压缩气体压入连接于腔室的辅助腔室内。本发明还优选用于外部气体模塑。在该方法中，压缩气体用于分别挤压塑料或塑料熔体，这和冲孔类似。优选地，惰性气体被用作冲洗气体和/或压缩气体。惰性气体如氮气、二氧化碳、 氩气或氦气或这些气体的混合物尤其适用于该目的。还优选使用具有还原效果的气体作为冲洗气体和/或压缩气体，或将还原气体添加剂添加于冲洗气体和/或压缩气体。例如氢气(H2)、一氧化碳(CO)或氨气(NH3)适用于此。也可通过包含还原气体添加剂的惰性气体进行冲洗，例如添加了作为还原成分的氢气的氮气，例如95%的氮气和5%的氢气的气体混合物(合成气体)。还优选用不同气体或气体混合物相继地冲洗腔室。例如，起初用氮气使腔室惰性化，接着可引入例如具有还原效果的气体或其它惰性气体如氦气来结束冲洗阶段。优选地，相同类型的气体可用作冲洗气体和压缩气体；特别优选使用氮气进行冲洗和作为模塑的压缩气体。在最优选的实施例中，冲洗气体和压缩气体通过同一注入器被注入腔室。这样就确保了很好地冲洗气体注入器至腔室的连接点。用于供应压缩气体的气体注入器的各个连接或终端处的可能死角由此被彻底地冲洗了。腔室内的氧气含量被可靠地减少。随着压缩气体的注入，只有优选不含任何氧化成分的冲洗气体被推回熔体内。在除气体注入器的终端外或替代该终端，腔室还包括非连续的钻孔、盲孔、切口或狭窄凹陷的情形下，优选(还)将冲洗气体通过这些位置直接供给腔室从而很好地冲洗腔室。最优选地，同一注入器还供应相同类型的气体作为冲洗气体并作为压缩气体，也就是说相同类型的气体被用于冲洗以及随后分别用于模塑熔体或塑料，并且在每种情形下通过同一气体注入器被注入腔室。用于气体注塑成型方法的典型系统配备有压力调节模块，通过其调整和调节压缩气体供应的时间点和持续时间以及压缩气体注入模具的压力。在本发明的优选实施例中， 这些压力调节模块还用于控制和调节冲洗气体供应。冲洗气体供应的时间点、持续时间和冲洗气体压力通过压力调节模块被控制和调节，所述压力调节模块也调节压缩气体的供应。藉此，不需要额外的开关或调节元件，并且阀的数目被保持为尽可能的少。优选地，供应和控制压缩气体所必需的压力调节模块以及元件(如高压阀或气体注入器)例如也用于根据本发明的模具的冲洗。例如，开始冲洗过程的信号例如在关闭模具后被送至压力调节模块。然后压力调节模块以预先确定的冲洗气体压力开始供应冲洗气体。冲洗时段优选在压力调节模块上预先设定。在冲洗时段结束后，冲洗气体供应中断并且向冲洗后的因此基本不含氧气的腔室内注入塑料熔体。通过第二信号开始实际的气体注入，即，压缩气体被注入塑料熔体(即仍然熔化的塑料)中。根据预先确定参数进行压缩气体的注入并且通过还分别控制或调节冲洗气体供应的同一压力调节模块调节该注入。优选氮气用作冲洗气体和压缩气体
原则上，优选将冲洗气体供至腔室从而生成尽可能覆盖整个腔室的冲洗气流。这样就确保了腔室内存在的空气迅速地和尽可能完全地被替代。考虑到此，已证明这是优选的若可能，在位于腔室朝向外界的开口对面的腔室位置处供应冲洗气体，被替代的空气从该开口逸出腔室。这样就很好地冲洗了整个腔室。确保了冲洗气体不能到达或不能充分到达的死角不复存在。随着通过用于压缩气体的气体注入器供应冲洗气体，空气可以通过腔室中的注入点(例如开口)逸出，熔体通过所述开口被注入腔室内并且腔室被机器的喷头所关闭从而密封熔体，但在注入熔体前不以气密性方式密封。通常地，该注入点位于腔室与气体注入器相对的端部处，使得可很好地冲洗腔室，也就是说空气被替代并且实现氧气浓度的充分减少。优选地，冲洗气体以5-30巴的压力被引入腔室。优选地，冲洗过程发生时冲洗气体冲洗1-5秒。很明显，该时段足以使腔室惰性化以达到塑料熔体与腔室氛围几乎不能发生任何氧化反应的程度。冲洗气流优选在该时段期间保持不变。但是，在个别情形下，也可优选变化冲洗气流。在本发明的优选实施例中，冲洗气体的温度在15°C -30°C之间，优选17_25°C之间。特别地，随着对其表面质量没有提高要求的塑料部件的制造，证明在室温下将冲洗气体引入腔室是可取的。在对塑料部件的表面质量提高要求的情形下，供至腔室中的冲洗气体的温度在 200C _120°C之间，更优选在40°C -90°C之间。冲洗气体的温度优选如此之高以使腔室壁上被喷入腔室的冲洗气流冲击的位置不会冷却的太多。否则会形成腔室壁上比其余腔室更冷的位置，在该位置处接着注入的熔体的硬化也比在其余腔室中更快，从而在塑料部件上出现不同的表面质量或者甚至出现表面缺陷如阴影的形成。优选地，冲洗气体的温度被调节为腔室壁的温度，即以腔室壁的温度供给冲洗气体。在这种情形下，避免了腔室的局部冷却。腔室的温度被选择为将被加工塑料的函数，优选40°C -80°C之间。优选地，冲洗气体的温度偏离腔室壁的温度不大于10°C。当冲洗气体冲击腔室壁时它的温度是很重要的。在此时间点，冲洗气体温度和腔室温度应当尽可能接近，从而不会局部改变冲洗气体冲击在腔室上位置处的腔室温度。随着冲洗气体注入腔室，冲洗气体膨胀至一定程度并且轻微冷却。优选地，在引入腔室之前冲洗气体的温度被选择为至多比腔室温度高10°c。
本发明以及本发明的更多细节将通过以下附图所示的示范性实施例详细描述，附图中图1示出进行根据本发明气体注塑成型方法的供气，图2示出冲洗气流随着时间变化的进程，并且图3示出压缩气流随着时间变化的进程。
具体实施例方式图1示意性示出通过气体注塑技术制造塑料部件的系统。注塑成型工具1实施两件式结构，包括第一模塑部件2和第二模塑部件3。两个模塑部件2、3形成了可在其内注入塑料熔体的腔室4。为此，工具元件2设置有连接于注入装置6的连接口 5。注入装置6 包括图中未示出的螺旋运输机，塑料熔体通过其被供至腔室4内。为清楚起见，图1示出仅带有一个腔室4的注塑成型工具1。当然本发明也可用于包括多个腔室的工具。第二模塑部件3包括气体注入器7，其连接于提供高压气态氮的供气系统。用于为注塑成型工具提供氮气的多个可能气源如图1所示，可使用一个或多个气源。氮气可以气态被存储于单独压缩气缸9或气缸组10内。可选地，也可从液罐11 中移走液氮并接着在蒸发器12中蒸发。类似地，可能通过膜或PSA系统13得到气态氮。用于将气态氮的压力升至至多500巴、优选300-350巴的气体压缩机14连接于气源。在气体压缩机14的下游，气体供应管线15分支为冲洗气体供应管线16和压缩气体供应管线17。在冲洗气体供应管线16上设置减压器18、用于加热氮气的加热装置19以及截止阀20。减压器18用于将所供应氮气的压力降至3-50巴之间，优选5-30巴之间。在压缩气体供应管线17上设置包括调节阀22的调节模块21和截止阀23。在截止阀20、23的下游，冲洗气体供应管线16和压缩气体供应管线17会合为连接于气体注入器7的气体供应管线M。下面根据图1所示的装置以示例性的方式描述根据本发明的方法。从气源9、10、11、12、13移走气态氮并且将其供至气体压缩机14。通过气体压缩机 14将氮气的压力升至330巴并且将其导入冲洗气体供应管线16和压缩气体供应管线17。 分别位于冲洗气体供应管线16或压缩气体供应管线17中的截止阀20和23起初是关闭的。注入装置6相对连接口 5被如此设置以使形成不透液体连接。但是，注入装置6 与连接口 5之间的接触不是气密性的。在注入塑料熔体之前，模塑部件2、3被连到一起从而关闭注塑成型工具1，这样在模塑部件2、3之间形成了腔室4。然后用冲洗气体冲洗腔室。为此，冲洗气体供应管线16 内氮气的压力被减压器18降至5-30巴。接着，通过加热装置19将氮气加热至例如达到 90°C，优选 40-80°C之间。截止阀20被打开并且被加热后的氮气通过气体供应管线M和气体注入器7作为冲洗气体流进腔室4内。流进腔室4的氮气替代了位于腔室4内的空气，所述空气通过模塑部件2、3之间的空隙或开口 25或通过注入装置6的连接口 5逸入外界。使用氮气的冲洗过程持续2-4秒。冲洗阶段优选被设置成使得冲洗后腔室内的氧气体积含量降至小于 10 %，优选小于5 %。随后，截止阀20被再次关闭。现在塑料熔体被注入基本不含氧气的腔室4内。将备好量的塑料熔体注入腔室4 后，压缩气体被注入位于腔室4内的塑料熔体内。在压缩气体供应管线17内流动的氮气的压力经由调节模块21和调节阀22设定为50-250巴。确切的压力取决于所加工塑料的类型和将被制造的产品。还可能根据预先确定的曲线调节压力或作为预线确定参数如塑料温度的函数来调节压力。在注入塑料熔体和注入压缩气体后，塑料部件的内部维持压缩气体的压力。通过维持塑料部件内部的压力，塑料部件的外表面被压靠在腔室的内表面上。同时，塑料部件冷却和固化。当塑料部件硬化时，阀23再次关闭并且结束用压缩气体对塑料部件施压。用作压缩气体的氮气或者通过未示出的气体回收系统被收集且被再次使用或者被释放到外界中。注塑成型工具1内的压力降低后，工具1可被打开并且形成的塑料部件可分别被移走或取出。图2和3示出冲洗气流(图2)和压缩气流(图3)与时间的相关性。注塑成型工具1在时间点、关闭。从这个时间点开始，腔室4被冲洗直至塑料熔体的注入、开始。从图2可看出，在、到t2的时段，即从注塑成型工具关闭至熔体注入开始这个时段内引导恒定的冲洗气流——该情形下为氮气——穿过腔室4。优选地，如图2所示，在冲洗期间冲洗气流保持恒定。但是，在冲洗期间改变冲洗气流也是有利的，即分别作为时间、腔室内环境的氧气含量、腔室形状或其它参数的函数来改变被导入或穿过腔室的冲洗气体的量。图3示出压缩气流的进程。压缩气体在时间点t3被导入腔室4，在所述时间点塑料熔体的注入已经完成。优选地，压缩气体的施压正好发生在熔体注入结束之后。压缩气流被维持直至塑料部件冷却并且可被移走(时间点、)。此后，可开始新的注塑循环。
权利要求
1.一种根据气体注塑成型方法制造塑料部件的方法，其中，关闭模塑工具从而在模塑工具内部形成腔室，塑料熔体被注入到腔室内并且接着压缩气体被注入到腔室(4)内， 其特征在于在所述熔体注入之前冲洗气体被导入腔室(4)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于惰性气体和/或具有还原效果的气体被用作冲洗气体和/或压缩气体。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于冲洗气体和/或压缩气体含有氮气、二氧化碳和/或氩气。
4.如权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于冲洗气体和/或压缩气体含有氢气、一氧化碳和/或氨气。
5.如权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于冲洗气体和压缩气体通过同一注入器(7)被注入腔室(4)。
6.如权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于冲洗气体在5-30巴的压力下被引入腔室⑷。
7.如权利要求1-6任意一项所述的方法，其特征在于腔室(4)被冲洗气体冲洗1-5秒。
8.如权利要求1-7任意一项所述的方法，其特征在于冲洗气体的温度在15°C-30°C 之间，优选17°C -25°C之间。
9.如权利要求1-7任意一项所述的方法，其特征在于冲洗气体的温度在20°C-120°C 之间，优选40°C -90°C之间。
10.如权利要求1-9任意一项所述的方法，其特征在于压缩气体注入腔室和冲洗气体弓I入腔室借助于同一压力调节模块来调节。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造塑料部件的方法，其中熔体被注入腔室(4)，其中在注入熔体之前冲洗气体被导入腔室(4)。
文档编号B29C45/57GK102189651SQ20111005229
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月2日 优先权日2010年3月2日
发明者A·普拉勒, G·马格努斯, M·奥尔森 申请人:林德股份公司